[发明专利]高分辨率飞行时间测量

说明书

使用传感器模块的光源生成调制光。使用传感器模块的光电检测器，测量在时间段内从对象朝向光电检测器反射的调制光的强度。电子控制设备根据多个时间仓对反射的调制光的测量强度进行仓化，确定多个时间仓中具有最大强度的第一时间仓，并基于第一时间仓和多个时间仓中的一个或多个附加时间仓来估计传感器模块和对象之间的距离。

技术领域

本公开涉及飞行时间传感器。

背景技术

飞行时间传感器是范围成像系统，它基于已知的光速来分辨距离。例如，“直接”飞行时间传感器可以朝向对象发射光脉冲，并检测从对象反射并返回传感器的光。对象和传感器之间的距离可以基于光发射和光返回到传感器之间的时间长度(例如，光从传感器到对象并回到传感器的“飞行时间”)来确定。

作为另一个示例，“间接”飞行时间传感器可以朝向对象发射调制光，并检测从对象反射并返回传感器的调制光。对象和传感器之间的距离可以基于发射的调制光和返回的调制光之间的相位差来确定。

飞行时间传感器可用于各种不同的应用中，以检测对象相对于传感器的存在和位置。作为示例，飞行时间传感器可以用于车辆感测系统、机器人系统和/或移动计算设备(例如，智能电话、平板计算机、可穿戴设备等)。

发明内容

飞行时间传感器可以分辨传感器和对象之间的距离。飞行时间传感器的距离分辨率至少部分取决于传感器精确确定光发射和反射光返回之间的经过时间的能力(例如，使用一个或多个计时组件，例如时间数字转换器[time to digital converter，TDC])。在实践中，具有更高时间分辨率的计时组件通常生产起来更昂贵和/或更复杂。因此，在飞行时间传感器的设计过程中，飞行时间传感器的距离分辨率通常与实际考虑(例如，传感器中使用的组件的费用和/或复杂性)相平衡。

飞行时间传感器的距离分辨率可以使用各种数据处理技术来提高。这些技术可以作为使用具有更高时间分辨率的计时组件的替代或补充来执行。

作为示例，飞行时间传感器可以朝向对象发射光，测量从对象反射的光的强度，以及基于多个时间仓(bin)来对测量进行仓化。传感器可以基于仓化的测量来对传感器和对象之间的距离进行内插。作为示例，传感器可以识别时间仓中具有最大强度的第一时间仓，以及邻近或接近第一时间仓的一个或多个附加时间仓。传感器可以基于这些时间仓的每一个的强度值来估计距离。

作为另一个示例，飞行时间传感器可以朝向位于距传感器已知距离的对象发射光，测量从对象反射的光的强度，以及根据多个时间仓来对测量进行仓化。这个测量过程可以针对多个不同的对象距离重复几次。可以基于仓化的测量来确定表示对象的内插信号波形。在某些情况下，内插信号波形用于根据比其他可能的分辨率更高的分辨率来确定对象的物理结构。在一些情况下，内插信号波形用于在未来的测量中更精确地确定传感器和对象之间的距离。

这里描述的实施方式可以提供多种益处。在一些实施方式中，飞行时间传感器可以获得更准确和/或更精确的测量(例如，与没有执行所公开的技术的情况下进行的测量相比)。此外，来自飞行时间传感器的测量可以被其他设备使用(例如，车辆、机器人、移动设备等)以更准确地确定它们的周围环境，并基于这一信息更有效地调整它们的操作。

一方面，一种方法包括使用传感器模块的光源生成调制光，以及使用传感器模块的光电检测器测量在时间段内从对象朝向光电检测器反射的调制光的强度。所述方法还包括使用电子控制设备根据多个时间仓对反射的调制光的测量强度进行仓化，使用电子控制设备确定多个时间仓中具有最大强度的第一时间仓，使用电子控制设备确定在多个时间仓中强度最大的第一时间仓，以及使用电子控制设备基于第一时间仓和多个时间仓中的一个或多个附加时间仓来估计传感器模块和对象之间的距离。

这方面的实施方式可以包括以下一个或多个特征。